計(jì)量足跡印南極

——中國(guó)計(jì)量院建立南極中山站絕對(duì)重力校準(zhǔn)點(diǎn)紀(jì)實(shí)

□ 本報(bào)記者 史玉成

中山站莫愁湖西側(cè)重力校準(zhǔn)點(diǎn)位J001水泥墩建設(shè)完成（居中者為粟多武）

冰清玉潔的冰山、絢麗神秘的極光、憨態(tài)可掬的企鵝……對(duì)于多數(shù)普通人來(lái)說(shuō)，這些都是南極令他們神往的景象。

但對(duì)于一名科技工作者來(lái)說(shuō)，南極是科學(xué)天堂，蘊(yùn)藏著無(wú)數(shù)的科學(xué)之謎和信息，也是科學(xué)實(shí)驗(yàn)理想的天然實(shí)驗(yàn)室。

自1984年我國(guó)首次南極考察隊(duì)遠(yuǎn)征南極并建設(shè)長(zhǎng)城站，到2020年4月執(zhí)行第36次南極考察的“雪龍”號(hào)和“雪龍2”號(hào)船返回上海國(guó)內(nèi)基地碼頭，中國(guó)計(jì)量人的足跡借助這次“雙龍?zhí)綐O”，終于第一次踏上了南極這片神秘的土地。

由中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院（以下簡(jiǎn)稱中國(guó)計(jì)量院）派出的粟多武副研究員，攜帶由該院自主研發(fā)的高精度絕對(duì)重力儀，在南極中山站建立了我國(guó)首個(gè)重力加速度校準(zhǔn)點(diǎn)，并通過(guò)自主研發(fā)的遠(yuǎn)程時(shí)空基準(zhǔn)量傳實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)北京——南極遠(yuǎn)程時(shí)間頻率精準(zhǔn)傳遞，為保障我國(guó)南極重力測(cè)量結(jié)果的溯源性和準(zhǔn)確性奠定了基礎(chǔ)，也首次驗(yàn)證了基于北斗鏈路的遠(yuǎn)程時(shí)間頻率傳遞系統(tǒng)在全球范圍內(nèi)的可靠穩(wěn)定覆蓋能力。

該項(xiàng)工作是我國(guó)首次在極地區(qū)域完成，它驗(yàn)證了建立時(shí)空基準(zhǔn)的全部技術(shù)方案，在某些國(guó)家對(duì)我國(guó)進(jìn)行高科技產(chǎn)品封鎖的環(huán)境下，意義重大。

極地夢(mèng)

在北京市昌平區(qū)昌赤路18號(hào)，坐落著中國(guó)計(jì)量院美麗的昌平院區(qū)。寒冬里，這里經(jīng)常能看到一個(gè)人穿著短袖跑步的身影。院里人都知道，這必是粟多武無(wú)疑?！澳蠘O科考可以說(shuō)是計(jì)量人的夢(mèng)想，我從2014年就開始關(guān)注，并從當(dāng)年開始堅(jiān)持鍛煉身體，重點(diǎn)進(jìn)行耐寒訓(xùn)練?！彼诙辔涓嬖V記者。

21世紀(jì)是海洋科學(xué)的世紀(jì)。極地科考是海洋科學(xué)研究的重要組成部分。南極科考的各種設(shè)備，是保障科考工作獲取第一手?jǐn)?shù)據(jù)的核心手段。海洋的復(fù)雜環(huán)境，極地的極端、惡劣氣候，往往造成各種設(shè)備出現(xiàn)測(cè)量上的漂移和誤差。因此，計(jì)量?jī)x器深入?yún)⑴c南極科考，為各種科學(xué)儀器提供在線校準(zhǔn)，就具有非常重要的意義。重力測(cè)量在國(guó)計(jì)民生中有著重要的應(yīng)用，它是地震前兆觀測(cè)研究、氣象研究和預(yù)報(bào)的最主要手段之一，也為地下資源勘探和普查、地下結(jié)構(gòu)探測(cè)等提供重要技術(shù)支持。

作為中國(guó)計(jì)量院時(shí)間頻率所副研究員，粟多武一直深入?yún)⑴c該院自主研制的國(guó)產(chǎn)絕對(duì)重力儀的研發(fā)和應(yīng)用工作。2018年，中國(guó)計(jì)量院作為參與單位，承擔(dān)了科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題“極區(qū)海洋重力校準(zhǔn)技術(shù)研究”的子任務(wù)——“極區(qū)海洋重力現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)技術(shù)研究”。粟多武為該子任務(wù)的負(fù)責(zé)人，通過(guò)層層選拔，最終入圍了南極科考的現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行人名單，負(fù)責(zé)在南極中山站建立絕對(duì)重力校準(zhǔn)點(diǎn)并進(jìn)行不確定度評(píng)估工作。他也是中國(guó)計(jì)量院建院65年來(lái)，首位去南極開展計(jì)量工作的計(jì)量人。

中國(guó)計(jì)量院時(shí)間頻率所副所長(zhǎng)、重力團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人吳書清說(shuō)，院里十分重視這次南極科考任務(wù)，一則它將填補(bǔ)我國(guó)目前極區(qū)海洋重力量值無(wú)法溯源的空白，二則對(duì)我國(guó)在全球重力參考網(wǎng)建設(shè)提供了高精度數(shù)據(jù)支持，三則該校準(zhǔn)點(diǎn)建成后，可溯源到中國(guó)計(jì)量院的國(guó)家時(shí)間頻率計(jì)量基準(zhǔn)和國(guó)家重力加速度計(jì)量基準(zhǔn)，為我國(guó)開展極地區(qū)域的測(cè)繪等奠定基礎(chǔ)，并提升我國(guó)在和平利用極地國(guó)際活動(dòng)中的話語(yǔ)權(quán)。

據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，目前，美、日、德、法、意等國(guó)在南極的12個(gè)站位進(jìn)行了23次絕對(duì)重力測(cè)量，但都是地質(zhì)、測(cè)繪、海洋、高校等機(jī)構(gòu)在進(jìn)行，國(guó)際上還沒有計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)進(jìn)行相關(guān)計(jì)量工作。

探險(xiǎn)旅

2019年10月22日，中國(guó)第36次南極科學(xué)考察隊(duì)“雪龍”號(hào)科考船，從上海出發(fā)前往南極。剛登船時(shí)，榮幸、興奮、責(zé)任感等情緒一齊涌上粟多武心頭。

但海上搖搖晃晃的生活，很快讓他體會(huì)到了南極科考之路的高風(fēng)險(xiǎn)性。風(fēng)高浪急，導(dǎo)致船體搖晃劇烈，隊(duì)員們?cè)诖搩?nèi)行走和甲板上活動(dòng)都有滑倒、摔傷及落海的可能?！坝袀€(gè)別隊(duì)員在上下船舶的扶梯時(shí)，由于沒有扶住扶手還造成了輕微的腰椎摔傷?！币磺行袆?dòng)聽指揮，成了粟多武謹(jǐn)記的紀(jì)律紅線。

2019年11月20日，科考隊(duì)順利抵達(dá)中國(guó)南極中山站。11月21日，粟多武和課題組另兩名成員便展開新建重力點(diǎn)位的選址調(diào)研工作，最終選定了位于南極中山站站區(qū)的莫愁湖西側(cè)山坡。

中山站位于南緯69.4度、東經(jīng)76.4度，所在區(qū)域?yàn)槔孤鹆甑貛?，緊挨著海邊和南極冰蓋，地形為高低起伏不平的丘陵和小山。12月和1月為中山站的夏季，夏季白天最高氣溫僅5℃，早晚約-5℃，且經(jīng)常刮5級(jí)~6級(jí)風(fēng)，有時(shí)陣風(fēng)達(dá)到10級(jí)。

低溫、大風(fēng)、暴雪、人力緊張及地形復(fù)雜，是粟多武整個(gè)工作周期內(nèi)面臨的最大困難和挑戰(zhàn)。

12月1日，課題組3人開始了澆筑重力校準(zhǔn)點(diǎn)位的工作。該點(diǎn)位是一個(gè)長(zhǎng)寬各為1.2米、高0.3米，重約1600公斤的混凝土墩。由于12月4日上午課題組另外2人要乘直升飛機(jī)離開中山站，而中鐵建工的混凝土攪拌車要半個(gè)月后才開始工作，為了趕進(jìn)度，他們果斷采取人工澆筑的方式進(jìn)行。

從當(dāng)天上午8時(shí)開始，他們陸續(xù)搬運(yùn)了一兩百公斤的石子和500多公斤的澆筑用原材料。但是澆筑混凝土3個(gè)人都是第一次。一位來(lái)自中鐵建工的隊(duì)友成了“救兵”。從下午1時(shí)直到晚上10時(shí)，4個(gè)人在不平的山坡上，連續(xù)工作近9個(gè)小時(shí)，終于完成了混凝土的攪拌、澆筑工作，然后大家才去吃飯。“這天戶外的最高氣溫只有0℃，我穿著短袖干活仍然出汗，衣服都濕透了?！憋埡螅诙辔涿扛?小時(shí)還要對(duì)新澆筑的水泥墩進(jìn)行平整工作（防止水泥墩有氣泡空隙而導(dǎo)致強(qiáng)度不夠）。經(jīng)過(guò)連續(xù)近20個(gè)小時(shí)的工作，最終順利完成了新建重力校準(zhǔn)點(diǎn)位的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工作，這時(shí)已是12月2日的凌晨4時(shí)。

2020年2月1日，中山站入冬第一天。這天的天氣預(yù)報(bào)原本為白天風(fēng)力7級(jí)~8級(jí)，晚上陣風(fēng)9級(jí)~10級(jí)。但早飯過(guò)后，人們從食堂出來(lái)發(fā)現(xiàn)，此時(shí)風(fēng)力已經(jīng)超過(guò)了8級(jí)并夾雜著大雪，行走都十分困難。粟多武進(jìn)到工作帳篷開始操作儀器，這時(shí)帳篷的門簾和窗簾都已經(jīng)被大風(fēng)吹開了，雪花不斷飄進(jìn)來(lái)，整個(gè)帳篷的金屬支架也隨著大風(fēng)不停地晃動(dòng)，響聲巨大，感覺隨時(shí)可能被撕裂。

為了確保安全，粟多武臨時(shí)改變了儀器的工作時(shí)間，上下午各運(yùn)轉(zhuǎn)3個(gè)小時(shí)，中飯時(shí)儀器進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。就這樣，當(dāng)天共獲得了6小時(shí)的有效數(shù)據(jù)。測(cè)試結(jié)果表明，在10級(jí)狂風(fēng)的野外環(huán)境下，由中國(guó)計(jì)量院自主研發(fā)的高精度絕對(duì)重力儀仍能正常工作，且達(dá)到了設(shè)計(jì)指標(biāo)。這也是粟多武首次在極地惡劣環(huán)境下獲得的第一手寶貴數(shù)據(jù)。

極端艱苦、惡劣的自然環(huán)境并沒有阻擋住粟多武完成任務(wù)的勇氣和信心。從第一個(gè)老的重力點(diǎn)位Z001（位于中山站天鵝嶺六角樓附近，由原國(guó)家測(cè)繪局建設(shè)）開始正式觀測(cè)，到新建的重力校準(zhǔn)點(diǎn)位J001觀測(cè)結(jié)束，前后共76天。其中，Z001點(diǎn)位觀測(cè)了31天，J001點(diǎn)位觀測(cè)了45天。粟多武堅(jiān)持每天測(cè)量8至12小時(shí)，獲得大量一手?jǐn)?shù)據(jù)，并完成了課題的驗(yàn)收指標(biāo)。

未來(lái)路

這次歷時(shí)半年的南極科考，在與大自然的颶風(fēng)、暴雪戰(zhàn)斗中，計(jì)量人的身體和精神都經(jīng)受了考驗(yàn)?！昂脦状螢榱朔乐乖O(shè)備被風(fēng)暴破壞，我整宿都睡不著，要到現(xiàn)場(chǎng)查看，即使遇上臨時(shí)停電突發(fā)狀況，也需要冷靜分析，克服困難?！蹦蠘O極端惡劣的自然環(huán)境雖然給粟多武的日常工作制造了諸多麻煩，但這樣的經(jīng)歷卻讓他感覺彌足珍貴。

隨著觀測(cè)任務(wù)的結(jié)束，粟多武說(shuō)，今后，科考隊(duì)有關(guān)單位的海洋重力儀器，隨時(shí)可以直接放置在新建的J001重力校準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，或者用相對(duì)重力儀把重力值引到海洋重力儀安裝位置，跟該點(diǎn)位的絕對(duì)重力值進(jìn)行對(duì)比，從而進(jìn)行漂移改正。整個(gè)過(guò)程不超過(guò)半小時(shí)，大大提高了海洋重力儀器測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

吳書清表示，中國(guó)計(jì)量院作為國(guó)家計(jì)量院，后續(xù)計(jì)劃將為我國(guó)極地科考提供更多計(jì)量支撐。例如，在已有的光頻梳和原子磁力儀研究成果基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)激光波長(zhǎng)校準(zhǔn)和地磁場(chǎng)校準(zhǔn)，進(jìn)而具備遠(yuǎn)程時(shí)空基準(zhǔn)全參數(shù)量值溯源能力，并計(jì)劃研發(fā)移動(dòng)式集成校準(zhǔn)裝置。

此次南極之行，粟多武還主動(dòng)報(bào)名參加了印中俄澳4國(guó)極地學(xué)術(shù)交流，并和中科院地質(zhì)與地球物理所陳文志合作完成了張貼論文和學(xué)術(shù)交流的PPT?！斑@次交流加深了我對(duì)極地科考的認(rèn)識(shí)，也加深了中國(guó)科考站與外國(guó)科考站的友誼，促進(jìn)了合作?！?/p>

在返回祖國(guó)的路上，粟多武在深夜里聆聽著海浪不停拍打船體的聲音，望著夜空中壯美的銀河，回想起莫愁湖邊那兩只可愛的阿德利企鵝，思緒萬(wàn)千。他說(shuō)，極地之旅將成為他寶貴的人生財(cái)富。

南極，計(jì)量人還會(huì)再來(lái)的！

《中國(guó)質(zhì)量報(bào)》